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JP3613066B2 - 形状記憶合金を用いた駆動装置 - Google Patents

形状記憶合金を用いた駆動装置 Download PDF

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JP3613066B2
JP3613066B2 JP10850799A JP10850799A JP3613066B2 JP 3613066 B2 JP3613066 B2 JP 3613066B2 JP 10850799 A JP10850799 A JP 10850799A JP 10850799 A JP10850799 A JP 10850799A JP 3613066 B2 JP3613066 B2 JP 3613066B2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は形状記憶合金を用いた駆動装置に関する。詳しくは、通電されて超弾性を呈する形状記憶合金を用いて駆動体を所定の動作位置に移動させる駆動装置に関する技術分野である。
【０００２】
【従来の技術】
チタン（Ｔｉ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む材料から成る形状記憶合金を用い、該形状記憶合金に通電することにより形状記憶合金に連結された駆動体を動作させる駆動装置がある。
【０００３】
図７及び図８に形状記憶合金を用いた従来の駆動装置ａを示す。
【０００４】
駆動装置ａは、形状記憶合金から成る形状記憶合金バネｂと駆動体ｃとバイアスバネｄとから成る。
【０００５】
形状記憶合金バネｂは、その一端が駆動体ｃの左側面に連結されると共に他端が第１の固定壁ｅに固定されている。そして、バイアスバネｄは、その一端が駆動体ｃの右側面に連結されると共に他端が第２の固定壁ｆに固定されている。
【０００６】
形状記憶合金バネｂは図示しない電源から通電が為されるようになっており、通電されることにより超弾性を呈して圧縮され、駆動体ｃを図７に示す停止位置からＡ方向へ移動させて図８に示す動作位置まで移動させる。
【０００７】
また、形状記憶合金バネｂへの通電を解除することにより、駆動体ｃがバイアスバネｄの付勢力によって図８に示す動作位置からＢ方向へ移動されて図７に示す停止位置に復帰する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来の駆動装置ａにあっては、駆動体ｃを停止位置に保持するために形状記憶合金バネｂに常時通電を行う必要があり、その分、消費電力が大きいという問題がある。特に、Ｔｉ及びＮｉ材料を含む形状記憶合金は、内部抵抗が小さいため通電時の消費電力が殊更大きく、実用化への大きな支障となっている。
【０００９】
また、常時通電することにより駆動体ｃを動作位置に保持する場合には駆動体ｃに振動が発生し易く、動作位置において駆動体ｃがふらついてしまうという不具合もある。
【００１０】
そこで、本発明形状記憶合金を用いた駆動装置は、上記した問題点を克服し、消費電力の低減を図ることを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明形状記憶合金を用いた駆動装置は、上記した課題を解決するために、形状記憶合金部材への通電によって動作されて停止位置から所定の動作位置に移動される駆動体と、該駆動体にそれぞれの一端が連結されることによって駆動体の釣り合いを保持している形状記憶合金から成り通電されて超弾性を呈する２つの形状記憶合金部材と、上記駆動体を動作位置に保持するロック機構を上記２つの形状記憶合金部材に対応して２つ備えたものである。
【００１２】
従って、本発明形状記憶合金を用いた駆動装置にあっては、駆動体を動作位置に保持するために形状記憶合金部材へ通電を行う必要がない。また、駆動体を２つの方向における各動作位置への保持が可能であるため、多機能化を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明形状記憶合金を用いた駆動装置の詳細を、図１乃至図３に示す基本的構成例と共に説明する。尚、以下の説明にあっては、理解を容易にするために、各図において形状記憶合金材料から成る部材については太線を用いて示すものとする。
【００１４】
先ず、図１乃至図３に示す本発明の基本的構成例における形状記憶合金を用いた駆動装置１について説明する。
【００１５】
形状記憶合金を用いた駆動装置１は駆動機構２とロック機構３とから成り、駆動機構２はＴｉ及びＮｉ材料を含む形状記憶合金により形成された形状記憶合金部材４と駆動体５とコイル状のバイアスバネ６とを備えている。そして、形状記憶合金部材４として引張コイルバネが用いられている。
【００１６】
形状記憶合金部材４は、その一端が駆動体５の左側面に連結されると共に他端が第１の固定壁７に固定され、図示しない第１の電源から通電可能とされている。
【００１７】
バイアスバネ６は引張コイルバネであり、その一端が駆動体５の右側面に連結されると共に他端が第２の固定壁８に固定されている。従って、駆動体５はバイアスバネ６の付勢力によって、常時、図１乃至図３に示すＸ２方向へ付勢されている。
【００１８】
駆動体５の下面には被ロック部５ａとして切欠状の凹部が形成されている。
【００１９】
ロック機構３は形状記憶合金材料により形成された伸縮部材９とロック部材１０と付勢バネ１１とを備えている。
【００２０】
伸縮部材９は上下方向に延びる状態で配置された引張コイルバネであり、下端が第３の固定壁１２に固定されている。そして、伸縮部材９は図示しない第２の電源に接続されており、該第２の電源から伸縮部材９に通電可能とされている。
【００２１】
ロック部材１０は、例えば、金属板が折曲加工によって形成され、一部が上方へ突出したロック部１０ａとして形成されている。そして、ロック部材１０は、その一端が第４の固定壁１３に固定されると共に他端が伸縮部材９の上端に連結されている。
【００２２】
付勢バネ１１は圧縮コイルバネであり、その一端が伸縮部材９とロック部材１０の連結点に連結されている。そして、付勢バネ１１はその付勢力によって、ロック部材１０をそのロック部１０ａが駆動体５の被ロック部５ａに係合可能な係合可能位置に保持している（図１参照）。
【００２３】
以下に、形状記憶合金を用いた駆動装置１の動作について説明する。
【００２４】
駆動機構２の形状記憶合金部材４に通電が為されていない状態にあっては、駆動体５はバイアスバネ６の付勢力によって停止位置に保持されている（図１参照）。そして、ロック機構３のロック部材１０は、上記したように、付勢バネ１１の付勢力によって、ロック部１０ａが駆動体５の被ロック部５ａに係合可能な係合可能位置に保持されている（図１参照）。
【００２５】
形状記憶合金部材４に第１の電源から通電が為されると該形状記憶合金部材４が超弾性を呈して圧縮され、駆動体５がバイアスバネ６の付勢力に抗して図に示すＸ１方向へ移動される。
【００２６】
駆動体５がＸ１方向へ移動されると、該駆動体５の一部が係合可能位置にあるロック部材１０のロック部１０ａに接触し、該ロック部１０ａが下方へ撓まされる。そして、さらに駆動体５がＸ１方向へ移動されると該駆動体５が動作位置に至り、撓まされていたロック部１０ａが元の状態に復帰し被ロック部５ａに係合される（図２参照）。
【００２７】
ロック部１０ａが被ロック部５ａに係合されると、第１の電源からの形状記憶合金部材４への通電が解除される。このとき、駆動体５は被ロック部５ａがロック部材１０のロック部１０ａと係合されているため、ロック部１０ａによってバイアスバネ６の付勢力によるＸ２方向への移動を規制され、動作位置に保持される（図２参照）。
【００２８】
駆動体５が動作位置に保持されている状態において、ロック機構３の伸縮部材９に第２の電源から通電が為されると、該伸縮部材９が超弾性を呈して圧縮され、ロック部材１０が付勢バネ１１の付勢力に抗して下方へ変位される。ロック部材１０が下方へ変位されると、ロック部１０ａと駆動体５の被ロック部５ａとの係合が解除され、駆動体５がバイアスバネ６の付勢力によってＸ２方向へ移動され停止位置に復帰する（図３参照）。従って、ロック機構３は動作位置に保持されていた駆動体５に対するロックを解除するロック解除機構としての機能をも有している。
【００２９】
このように、ロック機構３をロック解除機構としても動作させることにより、ロック機構３とは別にロック解除機構を設ける必要がなく、部品点数の削減や機構の簡素化による形状記憶合金を用いた駆動装置１の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。
【００３０】
ロック部材１０が下方へ変位されロック部１０ａと被ロック部５ａとの係合が解除されると、第２の電源からの伸縮部材９への通電が解除され、圧縮されていた伸縮部材９が元の状態に戻り、ロック部材１０が付勢バネ１１の付勢力によって係合可能位置に復帰する。
【００３１】
以上に記載した通り、形状記憶合金を用いた駆動装置１にあっては、駆動体５を動作位置に保持するためにロック機構３を用いており、駆動体５を動作位置に保持するために形状記憶合金部材４に通電し続ける必要がなく、消費電力の大幅な低減を図ることができる。
【００３２】
また、駆動体５にロック部材１０のロック部１０ａと係合する被ロック部５ａが形成されているため、部品点数の削減を図ることができると共に駆動体５の動作位置における保持を確実に行うことができる。
【００３３】
さらに、形状記憶合金を用いた駆動装置１にあっては、ロック解除機構として通電されて超弾性を呈する伸縮部材９を用いているため、ロック解除機構の制御が容易であり駆動体５に対するロックの解除を確実に行うことができ、形状記憶合金を用いた駆動装置１の良好な動作状態を確保することができる。
【００３４】
加えて、形状記憶合金を用いた駆動装置１には駆動体５を停止位置に保持するバイアスバネ６を設けているので、駆動体５の停止位置における保持が確実となり、形状記憶合金を用いた駆動装置１の動作の適正化を図ることができる。
【００３５】
尚、上記形状記憶合金を用いた駆動装置１にあっては、形状記憶合金部材４及びバイアスバネ６として、ともに引張コイルバネを用いているが、逆に、形状記憶合金部材４及びバイアスバネ６として圧縮コイルバネを用いてもよい。また、形状記憶合金部材４はコイル状のバネに限られることなく、例えば、撚り線状に形成したものやワイヤ状に形成したものであってもよい。
【００３６】
また、駆動体５の被ロック部５ａは切欠状の凹部であるが、逆に、被ロック部５ａとして突部を設けてもよい。
【００３７】
さらに、形状記憶合金を用いた駆動装置１にあっては、ロック部材１０のロック部１０ａと駆動体５の被ロック部５ａとの係合を解除するために、形状記憶合金から成る伸縮部材９に通電することによって行うようにしているが、ロック部１０ａと被ロック部５ａとの係合の解除を、例えば、機械的なロック解除機構によって行ってもよい。この場合には、係合の解除を行うための電力が節約でき、消費電力の一層の低減を図ることができる。
【００３８】
次に、図４乃至図６に示す本発明における形状記憶合金を用いた駆動装置１Ａについて説明する。
【００３９】
尚、以下に示す形状記憶合金を用いた駆動装置１Ａは、上記した形状記憶合金を用いた駆動装置１と比較して、２つのロック機構３Ａ、３Ｂが設けられている点、バイアスバネ６が設けられず駆動体５Ａが２つの形状記憶合金部材４Ａ、４Ｂと連結され釣り合いを保持されている点及び駆動体５Ａに２つの被ロック部５ａ、５ａが形成されている点のみが相違するため、形状記憶合金を用いた駆動装置１Ａの説明にあっては、形状記憶合金を用いた駆動装置１と比較して異なる部分についてのみ詳細に説明をし、その他の部分については形状記憶合金を用いた駆動装置１における同様の部分に付した符号と同じ符号を付して説明は省略する。
【００４０】
形状記憶合金を用いた駆動装置１Ａは駆動機構２Ａと２つのロック機構３Ａ、３Ｂとから成り、駆動機構２Ａは２つの形状記憶合金部材４Ａ、４Ｂと駆動体５Ａとを備えている。
【００４１】
形状記憶合金部材４Ａ、４Ｂは、各一端が駆動体５Ａの左右両側面に連結されると共に各他端が第１の固定壁７と第２の固定壁８とにそれぞれ固定され、それぞれ通電可能とされている。
【００４２】
駆動体５Ａの下面には左右対象の形状を為す被ロック部５ａ、５ａが形成されている。
【００４３】
ロック機構３Ａ、３Ｂは、上記したロック機構３と同様の構成とされ、駆動体５Ａの停止位置を基準として左右に離間して対称に配置されている。
【００４４】
以下に、形状記憶合金を用いた駆動装置１Ａの動作について説明する。
【００４５】
駆動機構２Ａの形状記憶合金部材４Ａ、４Ｂに通電が為されていない状態にあっては、駆動体５Ａは形状記憶合金部材４Ａ、４Ｂの釣り合いによって停止位置に保持されている（図４参照）。そして、ロック機構３Ａ、３Ｂのロック部材１０、１０は、付勢バネ１１、１１の付勢力によって、ロック部１０ａ、１０ａが駆動体５Ａの被ロック部５ａ、５ａに係合可能な係合可能位置に保持されている（図４参照）。
【００４６】
形状記憶合金部材４Ａのみに通電が為されると該形状記憶合金部材４Ａが超弾性を呈して圧縮され、駆動体５Ａが図に示すＸ１方向へ移動される。
【００４７】
駆動体５ＡがＸ１方向へ移動されると、駆動体５Ａの一部が係合可能位置にあるロック機構３Ａのロック部材１０のロック部１０ａに接触し、該ロック部１０ａが下方へ撓まされる。そして、さらに駆動体５ＡがＸ１方向へ移動されると該駆動体５ＡがＸ１方向側の動作位置に至り、撓まされていたロック部１０ａが元の状態に復帰し左側の被ロック部５ａに係合される（図５参照）。
【００４８】
ロック部１０ａが被ロック部５ａに係合されると、形状記憶合金部材４Ａへの通電が解除される。このとき、形状記憶合金部材４Ｂによって駆動体５ＡがＸ２方向へ付勢されているが、該駆動体５Ａは被ロック部５ａがロック部材１０のロック部１０ａと係合されているため、Ｘ２方向への移動を規制されＸ１方向側の動作位置に保持される（図５参照）。
【００４９】
駆動体５Ａが動作位置に保持されている状態において、ロック機構３Ａの伸縮部材９のみに通電が為されると、該伸縮部材９が超弾性を呈して圧縮され、ロック部材１０が付勢バネ１１の付勢力に抗して下方へ変位される。ロック部材１０が下方へ変位されると、ロック部１０ａと駆動体５Ａの被ロック部５ａとの係合が解除され、駆動体５Ａが形状記憶合金部材４Ｂの付勢力によってＸ２方向へ移動され停止位置に復帰する（図４参照）。
【００５０】
ロック機構３Ａのロック部材１０が下方へ変位されロック部１０ａと被ロック部５ａとの係合が解除されると、伸縮部材９への通電が解除され、圧縮されていた伸縮部材９が元の状態に戻り、ロック部材１０が付勢バネ１１の付勢力によって係合可能位置に復帰する。
【００５１】
また、駆動体５Ａが停止位置に保持されている状態（図４参照）において、形状記憶合金部材４Ｂのみに通電が為されると該形状記憶合金部材４Ｂが超弾性を呈して圧縮され、駆動体５Ａが図に示すＸ２方向へ移動される。そして、駆動体５Ａの右側の被ロック部５ａがロック機構３Ｂのロック部材１０のロック部１０ａに係合する（図５参照）。従って、駆動体５Ａはロック機構３ＢによってＸ１方向への移動を規制され、Ｘ２方向側の動作位置に保持される（図６参照）。
【００５２】
駆動体５Ａが動作位置に保持されている状態において、ロック機構３Ｂの伸縮部材９のみに通電が為されると該伸縮部材９が超弾性を呈して圧縮され、ロック部材１０のロック部１０ａと駆動体５Ａの被ロック部５ａとの係合が解除され、駆動体５Ａが形状記憶合金部材４Ａの付勢力によってＸ１方向へ移動され停止位置に復帰する（図４参照）。そして、ロック機構３Ｂの伸縮部材９への通電が解除され、ロック部材１０が付勢バネ１１の付勢力によって係合可能位置に復帰する。
【００５３】
以上に記載した通り、形状記憶合金を用いた駆動装置１Ａにあっても、上記した形状記憶合金を用いた駆動装置１と同様に、駆動体５Ａを動作位置に保持するためにロック機構３Ａ、３Ｂを用いており、駆動体５ＡをＸ１方向側及びＸ２方向側の各動作位置に保持するために形状記憶合金部材４Ａ又は形状記憶合金部材４Ｂに通電し続ける必要がなく、消費電力の大幅な低減を図ることができる。
【００５４】
また、形状記憶合金を用いた駆動装置１Ａにあっては、駆動体５Ａを２つの方向における各動作位置への保持が可能であるため、多機能化を図ることができる。
【００５６】
また、形状記憶合金を用いた駆動装置１Ａにあっては、形状記憶合金部材４Ａ、４Ｂとして、ともに引張コイルバネを用いているが、逆に、両者に圧縮コイルバネを用いてもよい。また、形状記憶合金部材４Ａ、４Ｂはコイル状のバネに限られることなく、例えば、撚り線状に形成したものやワイヤ状に形成したものであってもよい。
【００５７】
さらに、ロック部材１０のロック部１０ａと駆動体５Ａの被ロック部５ａ、５ａとの係合を解除するために、機械的なロック解除機構によって行うようにしてもよい。
【００５８】
尚、上記した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに際しての具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【００５９】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、本発明形状記憶合金を用いた駆動装置は、形状記憶合金部材への通電によって動作されて停止位置から所定の動作位置に移動される駆動体と、該駆動体にそれぞれの一端が連結されることによって駆動体の釣り合いを保持している形状記憶合金から成り通電されて超弾性を呈する２つの形状記憶合金部材と、上記駆動体を動作位置に保持するロック機構を上記２つの形状記憶合金部材に対応して２つ備えたことを特徴とする。
【００６０】
従って、駆動体を動作位置に保持するために形状記憶合金部材に通電する必要がなく、消費電力の大幅な低減を図ることができる。また、駆動体を２つの方向における各動作位置への保持が可能であるため、多機能化を図ることができる。
【００６１】
請求項２に記載した発明にあっては、上記２つのロック機構にそれぞれロック部を設け、上記駆動体に上記２つのロック機構のそれぞれのロック部と係合するように一対の被ロック部を一体に設けたので、部品点数の削減を図ることができると共に駆動体の動作位置における保持を確実に行うことができる。
【００６２】
請求項３に記載した発明にあっては、上記２つのロック機構に、それぞれ上記駆動体に対する動作位置における保持を解除するロック解除機構を併設したので、ロック機構とは別にロック解除機構を設ける必要がなく、部品点数の削減や機構の簡素化による形状記憶合金を用いた駆動装置の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。
【００６３】
請求項４に記載した発明にあっては、ロック解除機構に形状記憶合金から成り通電されて超弾性を呈する伸縮部材を設け、該伸縮部材に通電が為されることにより駆動体に対する動作位置における保持が解除されるようにしたので、ロック解除機構についての制御が容易であり駆動体に対するロックの解除を確実に行うことができ、形状記憶合金を用いた駆動装置の良好な動作状態を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２及び図３と共に形状記憶合金を用いた駆動装置の基本的構成例を示すものであり、本図は駆動体が停止位置に保持されている状態を示す概略図である。
【図２】駆動体が動作位置に保持されている状態を示す概略図である。
【図３】ロック機構によるロックが解除された状態を示す概略図である。
【図４】図５及び図６と共に本発明形状記憶合金を用いた駆動装置の実施の形態を示すものであり、本図は駆動体が停止位置に保持されている状態を示す概略図である。
【図５】駆動体が一方の側の動作位置に保持されている状態を示す概略図である。
【図６】駆動体が他方の側の動作位置に保持されている状態を示す概略図である。
【図７】図８と共に従来の形状記憶合金を用いた駆動装置を示すものであり、本図は駆
動体が停止位置に保持されている態を示す概略図である。
【図８】駆動体が動作位置に保持されている態を示す概略図である。
【符号の説明】
５ａ…被ロック部、９…伸縮部材、１０ａ…ロック部、１Ａ…形状記憶合金を用いた駆動装置、３Ａ…ロック機構（ロック解除機構）、３Ｂ…ロック機構（ロック解除機構）、４Ａ…形状記憶合金部材、４Ｂ…形状記憶合金部材、５Ａ…駆動体

Claims (4)

  1. 形状記憶合金部材への通電によって動作されて停止位置から所定の動作位置に移動される駆動体と、
    該駆動体にそれぞれの一端が連結されることによって駆動体の釣り合いを保持している形状記憶合金から成り通電されて超弾性を呈する２つの形状記憶合金部材と、
    上記駆動体を動作位置に保持するロック機構を上記２つの形状記憶合金部材に対応して２つ備えた
    ことを特徴とする形状記憶合金を用いた駆動装置。
  2. 上記２つのロック機構にそれぞれロック部を設け、
    上記駆動体に上記２つのロック機構のそれぞれのロック部と係合するように一対の被ロック部を一体に設けた
    ことを特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金を用いた駆動装置。
  3. 上記２つのロック機構に、それぞれ上記駆動体に対する動作位置における保持を解除するロック解除機構を併設した
    ことを特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金を用いた駆動装置。
  4. 上記ロック解除機構に形状記憶合金から成り通電されて超弾性を呈する伸縮部材を設け、
    該伸縮部材に通電が為されることにより上記駆動体に対する動作位置における保持が解除されるようにした
    ことを特徴とする請求項３に記載の形状記憶合金を用いた駆動装置。
JP10850799A 1999-04-15 1999-04-15 形状記憶合金を用いた駆動装置 Expired - Fee Related JP3613066B2 (ja)

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